钢结构设计的简单步骤和设计思路
(1)确定结构是否适合钢结构
钢结构通常用于高层、大跨度、荷载或起重机起重量大、振动大、需要移动或频繁装拆的结构复杂的结构。直观地说：建筑物、体育场馆、歌剧院、桥梁、电视塔、雕塑、仓库、工厂、住宅、山地建筑和临时建筑等。这与钢结构本身的特点是一致的。
(2)结构选型及结构布局
结构选择和布局是结构的定性确定。由于涉及因素较多，应在有经验的工程师指导下进行。这里仅作简单介绍。详细内容请参阅相关专业书籍。
钢结构设计的整个过程中应该强调的是“概念设计”，这在结构选型和布局阶段尤为重要。对于一些难以进行精确理性分析或规范中没有明确规定的问题，可以根据子系统之间的受力关系、失效机理、震害、试验现象和工程等得出的设计思路来考虑整体结构系统根据经验，从总体角度确定控制结构的布局和具体的结构措施。通过前期快速有效的构思、比较和选择，得到的结构方案往往易于手工计算，力学行为清晰且定性正确，并且可以避免结构分析阶段不必要的繁琐操作。同时也是判断计算机内力分析输出数据是否可靠的主要依据。
在《结构概念与系统》一书中，林同彦教授介绍了利用整体概念规划结构解决方案的方法，以及整体结构系统与各个子系统之间的相互力学关系和简化的近似设计方法。
钢结构通常有框架、平面桁架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构形式。
其大部分理论和技术已经成熟。还有一些问题没有解决，或者没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定性。
选择结构时，应考虑不同结构形式的特点。在工业厂房中，当有较大的悬吊荷载或大规模的移动荷载时，可以考虑放弃门式刚架，采用网架。在基本雪压较高的地区，屋面曲线应有利于雪的滑动（切线50度以外不需要考虑雪荷载）。例如，亚东水泥厂石灰石仓棚采用三中心圆形网壳。总雪荷载与倾斜屋顶的雪荷载进行比较。释放近一半。类似的考虑也适用于强降雨地区。当建筑物允许时，在框架中布置支撑比具有刚性接头的简单框架更经济。对于屋顶覆盖跨度较大的建筑，可以选择带有张力构件的悬挂或索膜结构系统。在高层钢结构的设计中，经常采用钢-混凝土组合结构。在地震烈度较高或不规则的高层建筑中，单纯出于经济考虑，不宜选择核心筒加外框架的形式，这种形式对抗震不利。建议选择以周围巨型SRC柱和支撑框架为核心的结构体系。我国此类高层建筑一半以上属于前一种类型，不利于抗震。
结构布置应根据系统特点、荷载分布和性能综合考虑。一般来说，刚度应均匀，力学模型应清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的路径传递到基础。柱间侧向支撑的分布应均匀，其质心应尽可能靠近侧向力（风、地震）的作用线，否则应考虑结构的扭转。结构侧面应有多道防线，如支撑框架结构，且柱应至少能单独承受总水平力的1/4。
框架结构楼面次梁的布置有时可以调整其荷载传递方向，以满足不同的要求。通常，为了减少截面，次梁布置在短方向，但这会增加主梁的截面，降低楼板的净高，有时顶边柱也会太高。很多。在这种情况下，将次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁来节省主梁和柱。
(3) 估计截面
结构布局完成后，需要对构件截面进行初步估算。主要是梁、柱、支撑等截面形状和尺寸的假设。
钢梁可选用槽钢、轧制或焊接H型钢等，根据荷载和支撑条件，截面高度通常选在跨度的1/20～1/50之间。当根据梁间侧向支撑间距的l/b极限确定翼缘宽度时，可以避免钢梁整体稳定性的复杂计算。这种方法很受欢迎。确定断面高度和翼缘宽度后，可根据规范中局部稳定的施工规定估算板厚。
柱截面是根据长细比估算的。通常50<λ<150，简单选择值为80左右。根据轴压、双向弯曲或单向弯曲，可选用钢管或H型钢。
对应不同的结构，规范对截面的结构要求有很大不同。例如简易钢结构，构成构件的面板的局部稳定性问题是钢结构所特有的。普通钢规范和轻钢规范中的限值有很大差异。 。
另外，构件截面形式的选择也没有固定的要求。结构工程师
应根据构件的受力情况，合理选择安全、经济、美观的断面。
(4)结构分析
目前钢结构实际设计中，结构分析通常采用线弹性分析，条件允许时考虑P-Δ和p-δ。
最近的一些有限元软件可以部分考虑钢材的几何非线性和弹塑性特性。这为更准确的结构分析提供了条件。并非所有结构都需要使用软件：
对于典型结构，内力和变形可以直接从《力学手册》等参考书上获得。
通过手工计算来分析简单的结构。
只有复杂的结构才需要建模、运行程序和详细的结构分析。
(5)工程判断
要正确使用结构软件，还应对其输出结果做出“工程判断”。例如评估各方向周期、总剪力、变形特征等。根据“工程判断”，可以选择修改模型并重新分析，或者修正计算结果。
不同的软件会有不同的适用条件。初学者应该充分认识到这一点。另外简易钢结构，工程设计中的计算与精确的力学计算之间往往存在一定的距离。为了获得实用的设计方法，有时会使用误差较大的假设。但对于这种错误，将通过“适用的条件、概念和结构”来保证结构的安全。在钢结构设计中，“适用条件、理念和结构”比定量计算更重要。
工程师对结构软件的过度信任和依赖可能会导致结构灾难。重视概念设计、工程判断和施工措施有助于避免此类灾难。
(6) 部件设计
组件设计从材料的选择开始。较常用的是Q235和Q345。当强度起控制作用时，可选用Q345；当控制稳定性时，应使用Q235。主体结构通常采用单一钢种，以方便项目管理。经济考虑，也可以选择不同强度钢材的焊接组合型材（法兰Q345、腹板Q235）。另外，焊接结构宜选用Q235B或Q345B。
目前的结构软件都提供了截面验证的后处理功能。有些软件可以通过从给定的截面库增加一级的方式自动重新计算失败的构件，直至通过，如sap2000等，这是经常提到的截面优化设计功能之一，可以减少很多工作量。但我们至少要注意两点：
1、软件进行构件（主要是柱）截面计算时，计算出的长度系数的确定有时不符合规定。目前的所有方案都无法彻底解决这个问题。因此，特别是对于节点连接复杂或截面变化的构件，更应该一一检查。
2、当上述第(3)项估算的截面不满足要求时，扩大截面应分两种情况区别对待。
(1)如果强度不满足，通常会增加组成该截面的板材的厚度。其中，抗弯力不足以增加翼缘厚度，抗剪力不足以增加腹板厚度。
(2)如果变形超过极限，通常不宜增加板厚，而应考虑截面高度，否则很不经济。
利用软件前述自动放大截面的优化设计功能，很难考虑上述强度和刚度之间的区别。事实上，除了网格设计中常用的结构形式外，其他结构形式往往并不适用。
(7)节点设计
连接节点的设计是钢结构设计的重要内容之一。在结构分析之前，应充分考虑和确定节点的形式。有时，会出现一种情况，即最终设计中使用的节点并未在结构分析模型中使用。形式并不完全一致。如果不确定这种不一致造成的偏差是否在工程允许范围（5%）内，就必须避免。根据传力特性的不同，节点分为刚性节点、铰接节点和半刚性节点。初学者应该选择容易定量分析的前两项。常用的参考书[2]有丰富的推荐联合做法和计算公式。
连接方式的不同对结构影响很大。例如，虽然一些刚性连接的节点可以毫无问题地承受弯矩，但它们会产生较大的旋转，这与结构分析中的假设不一致。这会导致实际工程变形大于计算数据等不利结果。
常用的节点连接方法有两种：等强度设计和实际受力设计。初学者为了安全起见可以选择前者。设计手册[2]中通常有焊缝和螺栓连接的表格供设计人员检查，比较方便。这也可以使用结构软件的后处理部分自动完成。
具体设计主要包括以下内容：
1、焊接：焊缝的尺寸、形式等有强制性规定，应严格遵守。焊条的选择应适应所连接金属的材料。 E43对应Q235，E50对应Q345。连接Q235和Q345时，应选择低强度E43，而不是E50。
在焊接设计中，焊缝不得任意扩大。焊缝的重心应尽可能靠近被连接部件的重心。其他细节请查看规范中焊缝施工的规定。
2. 螺栓连接：
铆接在建筑工程中很少使用。
普通螺栓抗剪性能较差，可用于次要结构件。
高强度螺栓的使用越来越多。常用的强度等级有8.8s和10.9s两种。按受力特点分为承压型和摩擦型。两者的计算方法不同。高强度螺栓的最小规格为M12。常用的有M16~M30。规格过大的螺栓性能不稳定，应谨慎使用。
自攻螺钉用于板材与薄壁钢材的二次连接。它们也常用于低层墙板房屋主体结构的连接。难以解决的是自攻过程中防腐层受损的问题。
3、连接板：需校核螺栓孔薄弱处的净截面抗剪力。连接板的厚度可简单地取为梁腹板厚度加4mm。除短梁或集中荷载较大的梁外，一般无需校核。耐剪切。
4、梁腹板：应验算螺栓孔处腹板的净截面剪力。承压高强螺栓连接还需校核孔壁局部压力。
5、节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等施工空间及构件吊装顺序。交付时未安装组件是初学者常犯的错误。另外，应尽可能方便工人进行现场定位和临时固定。
6、节点设计还要考虑厂家的工艺水平。例如，钢管连接节点相贯线的切割可能需要数控机床等设备来完成。
(8) 图纸准备
钢结构设计图纸分为设计图纸和施工详图两个阶段。设计图纸由设计单位提供。施工细节通常由钢结构制造公司根据设计图纸编制，有时也由设计单位编制。由于近年来钢结构项目增多与设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计图纸的编制也很常见。
1、设计图：为厂家编制详细施工图提供依据。深度和内容要完整但不冗余。设计图纸中载明设计依据、荷载数据（包括地震作用）、技术数据、材料选用及材料要求、设计要求（包括制造和安装、焊缝质量检验水平、涂装和运输等）、结构布置图、应明确结构的构件截面选择、主要节点结构，以利于施工细节的顺利编制。 ，并能正确体现设计意图。应列出主要材料。
2、施工详图：又称加工图或放样图等，深度必须足够，以便在车间直接制造加工。不相同的不同组成单元必须分别绘制和表示，并附有详细的材料清单。
设计图纸和施工详图的内容表达方法以及图纸深度的控制目前比较混乱，各个设计单位之间、钢结构公司之间也存在差异。初学者可以参考别人的优秀设计和相关参考书，按照规范进行准备。
